Korroziya jarayonidagi kimyoviy reaksiyalar
Korroziya kundalik hayot bilan eng chambarchas bog'liq bo'lgan kimyoviy hodisalardan biridir, ammo uning ta'siri juda katta bo'lishi mumkin. Zanglagan to'siqlardan tortib, zaiflashgan avtomobil romlari va sanoat quvurlarining oqishigacha - barchasi korroziya jarayonidan boshlanishi mumkin. Sodda qilib aytganda, korroziyani atrof-muhit bilan kimyoviy yoki elektrokimyoviy reaksiyalar natijasida materiallarning (ayniqsa metallarning) yomonlashishi deb tushunish mumkin. Ko'pincha shunchaki "zang" deb hisoblansa-da, korroziya aslida metall yuzasida suv, kislorod, tuz, kislotalilik va elektr potensiallari farqlari ta'sirida yuzaga keladigan murakkab reaksiyalar seriyasini o'z ichiga oladi.
Korroziya elektrokimyoviy jarayon sifatida
Ko'pgina hollarda, metall korroziyasi elektrokimyoviy mexanizmlar orqali sodir bo'ladi, ya'ni jarayon metall yuzasida mikroelektrokimyoviy element hosil bo'lishi natijasida elektronlar oqimini o'z ichiga oladi. Bu element ikkita asosiy qismdan iborat: anod sohasi va katod sohasi. Metall bir hil ko'rinsa-da, uning yuzasida ko'pincha kamchiliklar, ichki kuchlanishlar, mikrotarkibdagi farqlar yoki sirtning bir qismi anod, boshqa qismi esa katod vazifasini bajarishiga olib keladigan boshqa metallar bilan aloqa mavjud.
– Anodda metall oksidlanishga uchraydi (elektronlarni chiqaradi).
– Katodda odatda kislorod yoki vodorod ionlarini o'z ichiga olgan qaytarilish reaksiyasi (elektronlarni qabul qilish) sodir bo'ladi.
Boshqacha qilib aytganda, korroziyani metall yuzasida uzluksiz ishlaydigan "kichik batareya" sifatida ko'rish mumkin, agar ionlarni o'tkazish uchun muhit sifatida elektrolit (masalan, suv) mavjud bo'lsa.
Temir korroziyasining asosiy reaksiyalari: zang manbalari
Temir (Fe) korroziya haqidagi munozaralarda eng keng tarqalgan misoldir, chunki u oson zanglaydi. Zang murakkab aralashma bo'lib, asosan gidratlangan temir oksidlaridan (masalan, Fe₂O₃·nH₂O) iborat, ammo uning hosil bo'lishi bir necha reaksiya bosqichlari bilan boshlanadi.
1. Anodik reaksiya: Temir oksidlanishi
Anodda temir elektronlarni chiqarib eriydi:
Fe(lar) → Fe²⁺(aq) + 2e⁻
Bu reaksiya Fe²⁺ ionlarining hosil bo'lishiga olib keladi, bu esa metallning anodik nuqtada massasini yo'qotishiga olib keladi. Bu metalldagi "korroziya" jarayonining boshlanishidir.
2. Katod reaksiyasi: Kislorodning qaytarilishi
Neytral yoki ishqoriy muhitda (masalan, oddiy suvda) eng keng tarqalgan katodik reaksiya erigan kislorodning kamayishi hisoblanadi:
O₂(g) + 2H₂O(l) + 4e⁻ → 4OH⁻(aq)
Anoddan ajralib chiqadigan elektronlar katod sohasiga oqib o'tadi va kislorodni kamaytirish uchun ishlatiladi. Suv va kislorodning mavjudligi ikkita asosiy omil hisoblanadi.
3. Oraliq birikmaning hosil bo'lishi: Fe(OH)₂
Anodda hosil bo'lgan Fe²⁺ ionlari katod reaksiyasidan OH⁻ ionlari bilan reaksiyaga kirishib, cho'kma hosil qiladi:
Fe²⁺(aq) + 2OH⁻(aq) → Fe(OH)₂(s)
Bu konlar hali yakuniy zang emas, balki keyinchalik o'zgarishi mumkin bo'lgan "dastlabki korroziya mahsulotlari" dir.
4. Fe(OH)₃ va gidratlangan temir oksidiga qo'shimcha oksidlanish
Fe(OH)₂ kislorod bilan Fe(OH)₃ ga oksidlanishi mumkin:
4Fe(OH)₂(s) + O₂(g) + 2H₂O(l) → 4Fe(OH)₃(s)
Keyin Fe(OH)₃ qisman suvsizlanishdan va zang deb nomlanuvchi gidratlangan temir oksidiga tarkibiy qayta tashkil etilishdan o'tadi:
Fe(OH)₃(s) → Fe₂O₃·nH₂O(s) + (suv)
Zanglagan mahsulotlar g'ovak bo'ladi va mahkam yopishmaydi, shuning uchun ular ostidagi metall qatlamlarini himoya qilmaydi. Shuning uchun temirning korroziyasi davom etishi va yomonlashishi mumkin.
Elektrolitlar va tuz ionlarining ta'siri
Dengiz suvi yoki tuz saqlovchi suv kabi yaxshi elektrolitlar ishtirokida korroziya ancha tezroq sodir bo'ladi. Xlorid ionlari (Cl⁻) eng xavfli korroziya tezlatgichlaridan biridir. Tuz eritmaning o'tkazuvchanligini oshiradi va metall yuzasida elektrokimyoviy tokni oshiradi. Bundan tashqari, xlorid ma'lum metallardagi passiv qatlamga zarar etkazishi va yoriqlar korroziyasi va chuqurchalar korroziyasi kabi mahalliy korroziyani keltirib chiqarishi mumkin.
Temirda Cl⁻ ni o'z ichiga olgan muhit yanada beqaror korroziya mahsulotlarining paydo bo'lishini rag'batlantirishi va kichik, chuqur anod dog'larining paydo bo'lishini tezlashtirishi mumkin, natijada tashqi tomondan aniqlash qiyin bo'lgan korroziya chuqurlari paydo bo'ladi.
Kislotali muhitda korroziya: Vodorod ionlarining qaytarilishi
Kislotali muhitda katodik reaksiya o'zgarishi mumkin. Agar H⁺ konsentratsiyasi yuqori bo'lsa, dominant qaytarilish reaksiyasi vodorod gazining hosil bo'lishi hisoblanadi:
2H⁺(aq) + 2e⁻ → H₂(g)
Anod reaksiyasi metallning erishi bo'lib qolmoqda:
Fe(lar) → Fe²⁺(aq) + 2e⁻
Bu kombinatsiya temirning kislotada erishi tezligini tezlashtiradi. Natijada, metall ko'p miqdorda erigan kislorod bo'lmasdan ham yemirilishi mumkin. Shuning uchun kislotali suyuqliklarga duchor bo'lgan quvurlar yoki baklar, agar ular qoplanmagan bo'lsa yoki ularning pH qiymati nazorat qilinmasa, tez korroziyaga uchrash xavfi yuqori.
Galvanik korroziya: Ikki metall uchrashganda
Korroziyaga nafaqat atrof-muhit, balki aloqada bo'lgan metallar ham ta'sir qiladi. Elektrolitda ikkita turli metallar elektr bilan bog'langanda, galvanik element hosil bo'ladi. Faolroq (osonroq oksidlanadigan) metall anod vazifasini bajaradi va tezroq korroziyaga uchraydi, olijanobroq metall esa katod vazifasini bajaradi va nisbatan himoyalangan bo'ladi.
Masalan, agar temir nam sharoitda mis bilan aloqa qilsa, temir anod vazifasini bajaradi va tezroq zanglaydi. Bu ikki metal o'rtasidagi standart elektrod potensialidagi farq bilan bog'liq bo'lib, bu elektron oqimining yo'nalishini belgilaydi.
Passiv qatlamlar va boshqa metallardagi korroziya
Hamma metallar ham temir kabi zanglamaydi. Masalan, alyuminiy va zanglamaydigan po'lat passiv qatlam deb ataladigan yupqa, zich va mahkam yopishgan oksid qatlamini hosil qilishga moyildir. Bu qatlam kislorod va suvning metall yuzasiga tarqalishini inhibe qiladi va shu bilan korroziya tezligini pasaytiradi. Alyuminiyda Al₂O₃ qatlami juda barqaror. Zanglamaydigan po'latda passiv qatlam xrom bilan qo'llab-quvvatlanadi va Cr₂O₃ hosil qiladi.
Biroq, passiv qatlam ma'lum sharoitlar, masalan, yuqori xlorid konsentratsiyasi, tor bo'shliqlarda kislorod yetishmasligi yoki aeratsiyadagi farqlar (kislorod konsentratsiyasi hujayralari) tufayli shikastlanishi mumkin. Passiv qatlam kichik joylarda yorilganda, mahalliy korroziya juda tez sodir bo'lishi va xavfli bo'lishi mumkin.
Korroziya reaksiyalariga ta'sir qiluvchi omillar
Korroziya tezligini belgilovchi asosiy omillar quyidagilardan iborat:
1. Suv va kislorodning mavjudligi: Suv elektrolit va reaksiya muhiti sifatida, kislorod esa katodik reaksiyada oksidlovchi vosita sifatida ishlaydi.
2. Atrof-muhitning pH qiymati: Kislotali muhit metallarning erishini tezlashtiradi. Ishqoriy muhitlar ba'zan ma'lum metallarda himoya qatlamini hosil qilishga yordam beradi.
3. Ion konsentratsiyasi (ayniqsa Cl⁻): O'tkazuvchanlikni oshiradi va mahalliy korroziyani keltirib chiqaradi.
4. Harorat: Odatda, kimyoviy reaksiyalar tezligi harorat bilan ortadi, shuning uchun korroziya yuqori haroratlarda tezroq bo'ladi.
5. Suyuqlik oqimi tezligi: Oqim himoya qatlamini yemirishi va kislorod ta'minotini tezlashtirishi, eroziya-korroziyaga olib kelishi mumkin.
6. Intermetallik aloqa: Agar potensiallar farqi mavjud bo'lsa, galvanik korroziyani ishga tushiradi.
Yopish
Korroziya asosan metall atrof-muhit bilan o'zaro ta'sirlashganda o'z-o'zidan sodir bo'ladigan bir qator oksidlanish-qaytarilish reaksiyalaridir. Temirda jarayon anodda Fe ning Fe²⁺ ga oksidlanishi va katodda kislorodning (yoki kislotali sharoitda vodorod ionlarining) kamayishi bilan boshlanadi. Yakuniy mahsulot zang deb nomlanuvchi gidratlangan temir oksididir. Suv, kislorod, tuz va pH sharoitlarining mavjudligi bu reaksiya tezligini sezilarli darajada belgilaydi, shuningdek, metall juftlashishi va passiv qatlam hosil qilish qobiliyati kabi material omillari ham. Korroziya jarayonida ishtirok etadigan kimyoviy reaksiyalarni tushunish orqali biz qoplamalar, ingibitorlardan foydalanish, katodik himoya va material tanlashgacha bo'lgan tegishli oldini olish strategiyalarini ishlab chiqishimiz mumkin, shunda korroziya tufayli yo'qotishlar sezilarli darajada kamayishi mumkin.
